Flotte pilote de véhicules à pile à combustible à hydrogène de BMW Fields – The Detroit Bureau

BMW est tester sur le terrain l'iX5 Hydrogen version du iX SUV, alimentée par une pile à combustible à membrane échangeuse de protons qui alimente directement en électricité les moteurs des véhicules électriques. 

Le groupe BMW reçoit ses piles à combustible individuelles de Toyota Motor Corp. et ses pompes à air de Garrett Motion dans le cadre d'un partenariat visant à développer des moteurs à pile à combustible. Toyota a déjà commercialisé un véhicule de série à pile à combustible, la Mirai, sur certains marchés depuis 2014. 

À l'aide des cellules Toyota, le groupe BMW produit des systèmes de piles à combustible hautement efficaces dans son « centre d'excellence » pour l'hydrogène basé à Munich. La technologie du système de pile à combustible est l'un des composants les plus importants de la BMW iX5 Hydrogen et BMW pense que ce travail influencera la transformation de l'ensemble du secteur de la mobilité. 

"L'hydrogène est la pièce manquante du puzzle en matière de mobilité sans émissions. Une seule technologie ne suffira pas à elle seule pour permettre une mobilité climatiquement neutre dans le monde entier », a déclaré Oliver Zipse, président du conseil d'administration de BMW AG. 

Comment fonctionne une pile à combustible PEM

Une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM) est un simple générateur à semi-conducteurs. A l'intérieur de la cellule, il y a deux plaques séparées par une membrane perméable. Les plaques sont rainurées pour faciliter l'écoulement du gaz et recouvertes d'un métal conducteur. Le système achemine l'hydrogène comprimé d'un côté de la membrane et l'air atmosphérique comprimé de l'autre. 

La membrane permet aux atomes d'hydrogène de traverser, mais dépouille les électrons des atomes d'hydrogène lors de leur passage. Les électrons traversent les conducteurs jusqu'à l'autre côté de la cellule, créant un courant électrique. 

Une fois à travers la membrane, l'atome d'hydrogène se lie à l'oxygène de l'air atmosphérique pour créer de l'eau, et l'atome récupère un électron. Ainsi, la sortie de la pile à combustible est simplement de l'eau pure et de l'électricité. 

Il y a deux étapes dans la production des piles à combustible : premièrement, les piles à combustible individuelles sont empilées pour créer un empilement de piles à combustible. Ensuite, tous les autres composants sont montés pour former un système de pile à combustible complet. Le groupe BMW a développé des composants hydrogène spéciaux pour le nouveau système de pile à combustible. Il s'agit notamment de travailler avec Garrett pour produire un compresseur à haut régime pour pousser l'air atmosphérique régulier à travers la pile à combustible. 

« L'hydrogène est une source d'énergie polyvalente qui a un rôle clé à jouer dans le processus de transition énergétique et donc dans la protection du climat. Après tout, c'est l'un des moyens les plus efficaces de stocker et de transporter les énergies renouvelables. Nous devons utiliser ce potentiel pour accélérer également la transformation du secteur de la mobilité », déclare Zipse. 

Le défi du système de pile à combustible est que même s'il s'agit de l'élément le plus courant dans l'univers, les atomes d'hydrogène libres sont rares sur Terre en raison de leur propension à se lier aux atomes d'oxygène pour former de l'eau. Alors que la planète possède littéralement des océans d'hydrogène et d'oxygène, il faut plus d'énergie pour séparer ces molécules que nous ne pouvons en récupérer grâce à une pile à combustible. 

Cependant, les changements de politique mondiale, les progrès de la technologie des piles à combustible et les réglementations plus strictes en matière d'émissions ont contribué à l'intérêt croissant pour les véhicules électriques à hydrogène. Selon le Hydrogen Council, plus de 500 milliards de dollars de nouveaux projets d'hydrogène ont été financés au cours des deux dernières années seulement.

Le système de pile à combustible de BMW

L'hydrogène gazeux nécessaire à l'alimentation de la pile à combustible BMW est stocké dans deux réservoirs de 700 bars en plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP). Ensemble, ils contiennent six kilogrammes d'hydrogène, ce qui donne à la BMW iX5 Hydrogen une autonomie de 313 miles, comme mesuré dans le cycle WLTP. Le ravitaillement en carburant des réservoirs d'hydrogène ne prend que trois à quatre minutes à l'aide des systèmes de ravitaillement en hydrogène actuels, disponibles en Californie du Sud. 

Pendant le fonctionnement, l'hydrogène est déjà comprimé dans les réservoirs, tandis que le composant d'air est comprimé par le compresseur à pile à combustible modulaire de nouvelle génération de Garrett pour les véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène.

« Au cours des quatre dernières années, nous avons travaillé en étroite collaboration avec BMW Group pour développer un compresseur avancé à pile à combustible à hydrogène adapté à leurs besoins précis. Cet effort aboutira à un essai approfondi sur route plus tard cette année », a déclaré Craig Balis, vice-président et directeur de la technologie de Garrett.

Dans un véhicule à pile à combustible, la quantité d'électricité générée est basée sur les besoins instantanés. Vous pouvez le considérer comme comparable à l'essence à cet égard. Lorsque vous appuyez sur la pédale d'accélérateur, le système demande plus d'électricité et les piles à combustible réagissent. Le compresseur d'air électrique haute performance de Garrett fournit le débit d'air variable nécessaire pour optimiser la densité de puissance et la sortie du système de pile à combustible d'instant en instant. 

Spécifiquement pour cette application, un nouveau détendeur à turbine, conçu pour récupérer l'énergie perdue à la sortie de la pile à combustible, permet de réduire jusqu'à 20 % la consommation d'électricité pour la compression de l'air, par rapport aux compresseurs à pile à combustible conventionnels. Les compresseurs à pile à combustible électriques modulaires et hautes performances de Garrett s'appuient sur l'expertise de l'entreprise en matière d'aérodynamique turbo et fonctionnent au-dessus des vitesses standard de l'industrie, au-delà de 150,000 XNUMX tr/min.

« Garrett est un pionnier de la technologie des compresseurs à pile à combustible électrique à hydrogène avec des années d'expertise démontrée dans la production et l'expérience sur route. La prochaine génération s'appuie sur un héritage de conception et d'ingénierie révolutionnaires, y compris notre propre moteur électrique à grande vitesse, l'électronique de puissance et les commandes avancées », a déclaré Balis.

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• La source: https://www.thedetroitbureau.com/2023/06/bmw-fields-pilot-fleet-of-hydrogen-fuel-cell-vehicles/